ลำแสงอิเล็กตรอนที่ใช้เลเซอร์เร็วมากสามารถช่วยสำรวจชีววิทยารังสีของเอฟเฟกต์ FLASH - Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect-physics-world-2.jpg" data-caption="ทีมวิจัย From left to right: Steve MacLean, Sylvain Fourmaux, François Fillion-Gourdeau, Stéphane Payeur, Simon Vallières and François Légaré. (Courtesy: INRS)”>

ในช่วงเวลาที่เขาเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Institut National de la Recherche Scientifique (INR) ในแคนาดา, ไซมอน วาลิแยร์ ได้รับการติดต่อจากเพื่อนร่วมงานคนหนึ่งซึ่งมีข้อสังเกตที่น่าสงสัย เพื่อนร่วมงานกำลังสร้างพลาสมาในอากาศโดยใช้เลเซอร์ที่ได้รับการอัพเกรดใหม่ที่ INRS's ห้องปฏิบัติการแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ขั้นสูง (ALLS) เมื่อพวกเขาสังเกตเห็นว่าค่าที่อ่านได้บนตัวนับไกเกอร์นั้นสูงกว่าที่คาดไว้

“เขากำลังโฟกัสไปที่เลเซอร์ซึ่งทำงานที่ 100 เฮิรตซ์ ในอากาศ และวางเครื่องนับไกเกอร์ไว้ใกล้กับจุดโฟกัส แม้จะอยู่ห่างจากจุดโฟกัสสามเมตร ตัวนับ Geiger ของเขาก็คลิกได้” Vallières ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ร่วมงานวิจัยของ INRS กล่าว “นั่นเป็นช่วงที่ค่อนข้างไกลสำหรับรังสีเอกซ์หรืออิเล็กตรอนที่จะเดินทาง ฉันบอกว่าบางทีเราควรวัด [ขนาดยาที่จัดส่ง] ด้วยเครื่องวัดปริมาณรังสีที่สอบเทียบมาอย่างดี”

นักฟิสิกส์การแพทย์จาก ศูนย์สุขภาพมหาวิทยาลัยแมคกิลล์ วัดปริมาณรังสีจากการตั้งค่าการทดลองด้วยเครื่องตรวจจับรังสีที่สอบเทียบแยกกันสามเครื่อง ปริมาณถูกวัดมากกว่าแปดลำดับขนาดที่ระยะห่างสูงสุด 6 เมตรจากเลเซอร์โฟกัส เช่นเดียวกับมุมที่แตกต่างกันในระยะทางคงที่ พวกเขาใช้การสอบเทียบขนาดยาแบบสัมบูรณ์เพื่อยืนยันข้อมูล

เลเซอร์ได้รับการอัพเกรดจาก µJ- เป็นเลเซอร์กำลังเฉลี่ยสูงคลาส mJ และตอนนี้ เมื่อเลเซอร์โฟกัสอย่างแน่นหนาและปรับให้เข้ากับชุดพารามิเตอร์ที่สร้างโอกาสเพื่อสร้างพลาสมาในอากาศ ลำอิเล็กตรอนก็สูงถึง 1.4 MeV ที่อัตราปริมาณรังสี 0.15 Gy/s การค้นพบของนักวิจัยได้ขยายขอบเขตความรู้ของเราเกี่ยวกับพัลส์เลเซอร์กำลังสูง ความปลอดภัยของรังสี และแม้กระทั่งการรักษาด้วยรังสี FLASH ซึ่งเป็นเทคนิคการรักษามะเร็งที่เกิดขึ้นใหม่

ทำงานด้วยพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด

“แบบจำลองของเราตัดกลไกการเร่งความเร็วอื่นๆ ที่อาจมีบทบาทออกไป เราจำกัดให้เหลือเพียงคำอธิบายเดียว นั่นคือความเร่งจากสนามไฟฟ้าเลเซอร์ หรือที่เรียกว่าความเร่งแบบพอนด์โรโมทีฟ" Vallières กล่าว

นักวิจัยกำลังใช้งานเลเซอร์ในระบบที่ทำให้โมเลกุลของอากาศแตกตัวเป็นไอออน จากนั้นควบคุมสนามไฟฟ้าของเลเซอร์เพื่อเร่งอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นให้สูงกว่า 1 MeV

“ถ้าคุณบอกนักฟิสิกส์เลเซอร์ว่าคุณสามารถโฟกัสเลเซอร์ในอากาศและสร้างอิเล็กตรอนได้ 1 MeV จะไม่มีใครเชื่อเลย นั่นเป็นเพราะว่ายิ่งคุณใส่พลังงานเข้าไปในพัลส์เลเซอร์มากขึ้น ในระหว่างช่วงโฟกัส คุณจะสะสมเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นซึ่งจะทำลายรูปร่างของลำแสง และคุณจะอิ่มตัวในความเข้ม แต่ปรากฎว่าเราโชคดีมาก” วาลลิแยร์กล่าว “ความยาวคลื่น ระยะเวลาชีพจร และความยาวโฟกัสล้วนมีบทบาท”

Vallièresอธิบายว่านักวิจัยกำลังใช้งานเลเซอร์ในส่วนอินฟราเรดตอนกลางของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยการใช้ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเลเซอร์กำลังเฉลี่ยสูงส่วนใหญ่ (1.8 µm แทนที่จะเป็นประมาณ 800 นาโนเมตร) ความคลาดเคลื่อนแบบไม่เชิงเส้นจึงลดลง ความยาวคลื่นนี้ยังเหมาะสำหรับการสร้างพลาสมาที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงวิกฤต ซึ่งส่งผลให้มีปริมาณรังสีต่อพัลส์สูง

นักวิจัยยังใช้เลเซอร์พัลส์สั้น (12 fs) ซึ่งช่วยลดดัชนีการหักเหของแสงแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่แกว่งในโมเลกุลอากาศและการหมุนของโมเลกุลอากาศโดยประมาณ 75% ซึ่งยังจำกัดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นด้วย

ด้วยการโฟกัสที่แคบ (ทางยาวโฟกัสสั้น) นักวิจัยจึงลดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นลงอย่างมากอีกครั้ง ในที่สุด เลเซอร์ก็มีความเข้มสูงเพียงพอ (ความเข้มสูงสุดถึง 10¹⁹ W / ซม.²) เพื่อไล่อิเล็กตรอนออกไปสูงถึง 1.4 MeV

FLASH การใช้งานด้านความปลอดภัยจากรังสี

Infinite Potential Laboratories LP ได้จัดหาเงินทุนสำหรับนักวิจัยเพื่อผลักดันการวิจัยและพัฒนาไปข้างหน้า และพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง และสิทธิบัตรอย่างน้อยหนึ่งรายการยังอยู่ระหว่างการพิจารณา

แอปพลิเคชั่นหนึ่งที่น่าสนใจคือเอฟเฟกต์ FLASH เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการฉายรังสีแบบเดิมๆ รังสีรักษาแบบ FLASH สามารถใช้เพื่อส่งรังสีปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว เพื่อปกป้องเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีรอบๆ เนื้องอกได้ดียิ่งขึ้น อัตราปริมาณรังสีทันทีของกระจุกอิเล็กตรอนที่ผลิตโดยระบบที่ใช้เลเซอร์ของนักวิจัยนั้นมีลำดับความสำคัญที่สูงกว่าเครื่องเร่งเชิงเส้นทางการแพทย์ แม้ว่าจะขับเคลื่อนในโหมด FLASH ก็ตาม

“ยังไม่มีการศึกษาใดที่สามารถอธิบายกลไกเบื้องหลังเอฟเฟกต์ FLASH ได้” Vallières กล่าว "เราหวังว่าเราจะสามารถพัฒนาแพลตฟอร์มรังสีของเซลล์หรือหนูเพื่อศึกษาชีววิทยารังสีของ FLASH ได้"

อุปกรณ์ฟิสิกส์พลังงานสูงที่ดัดแปลงสำหรับการวัดปริมาณรังสีของอิเล็กตรอน FLASH

บทเรียนเรื่องความปลอดภัยของรังสีก็มีความสำคัญเป็นอันดับแรกสำหรับVallières เลเซอร์กำลังเฉลี่ยสูงในปัจจุบันผลิตลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงเท่ากับเลเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดในช่วงต้นทศวรรษ 2000 และมีอัตราการทำซ้ำที่สูงกว่ามาก ส่งผลให้อัตราโดสสูง นักวิจัยหวังว่างานนี้จะช่วยปรับปรุงความรู้ในระดับภาคสนามและนำไปสู่กฎระเบียบด้านความปลอดภัยของรังสี

“พลังงานอิเล็กตรอนที่เราสังเกตช่วยให้พวกมันเดินทางในอากาศได้มากกว่าสามเมตร เราคลี่คลายอันตรายจากรังสีครั้งใหญ่ได้” Vallièresกล่าว “ฉันได้นำเสนอผลงานชิ้นนี้ในที่ประชุม ผู้คนต่างตกตะลึง… ฉันหมายถึงจริงนะ ใครจัดแนวพาราโบลาโฟกัสกับตัวนับไกเกอร์? เราทำสิ่งนี้เพราะมันเป็นสิ่งที่เราเคยทำในอดีต ฉันคิดว่า [งานนี้] จะเปิดหูเปิดตาผู้คนมากขึ้นอีกหน่อย และพวกเขาจะระมัดระวังมากขึ้นเมื่อพวกเขาสร้างพลาสมาในอากาศ เราหวังว่าจะเปลี่ยนกฎระเบียบด้านความปลอดภัยของเลเซอร์ผ่านงานนี้”

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน รีวิวเลเซอร์และโฟโตนิกส์.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-based-electron-beam-could-help-explore-radiobiology-of-the-flash-effect/